一台量子计算机与一台传统超级计算机协作，有望成为理解化学物质的宝贵工具。IBM与日本理化学研究所（RIKEN）的合作，已为这条道路铺下了一块基石。

预测分子在化学反应中的行为（例如，作为药物或工业催化剂的一部分），关键在于理解其电子的量子态。量子计算机可以加速计算这些量子态的过程，但目前的技术仍容易出错，而传统超级计算机能在错误影响结果前发现并修正它们。

RIKEN的柚木清司（Seiji Yunoki）和佐藤三久（Mitsuhisa Sato）在《新科学家》（New Scientist）的联合声明中表示，量子计算机能推动传统计算机突破能力极限。如今，他们与团队利用IBM的Heron量子计算机和RIKEN的“富岳”超级计算机，成功模拟了氮分子以及两种不同的铁硫化合物分子。

研究人员使用了多达77个量子比特，并采用名为SQD的算法，将计算分子量子态的任务分配给两台机器。量子计算机负责核心计算，超级计算机则负责实时检查和修正错误。

IBM的杰伊 · 甘贝塔（Jay Gambetta，未参与实验）表示，这种混合方法目前尚未超越超级计算机单独运算的最佳表现，但已能与某些标准方法媲美。“现在，关键在于比较不同计算工具的效率。”

美国俄亥俄州克利夫兰诊所计算生命科学中心的肯尼思 · 默茨（Kenneth Merz）认为，现阶段这种“双机协作”是让易出错的量子计算机真正“驾驭”化学的关键所在。他的团队利用另一台与经典计算机联动的IBM量子计算机，改进了SQD算法，使其能模拟溶液中的分子——这比以往的模型更贴近真实化学实验环境。

默茨认为，未来一年内，进一步优化SQD算法将使“量子+传统计算”的组合比传统计算更具切实优势。

“量子计算与超级计算的结合不仅值得尝试——更是大势所趋。”英伟达的山姆 · 斯坦威克（Sam Stanwyck）说道。他认为，量子计算的现实应用方式，是将量子处理器集成到超级计算中心的经典计算系统中。英伟达已开发了支持此类混合计算的软件平台。

微软的阿西姆 · 达塔尔（Aseem Datar）也表示，该公司看好“在化学和材料科学领域中，量子计算、超级计算与人工智能结合带来的巨大潜力”。

然而，尽管行业大力推动这一方向，挑战依然存在。瑞士苏黎世联邦理工学院的马库斯 · 赖厄（Markus Reiher）指出，RIKEN的实验结果令人鼓舞，但我们仍不确定这种方法能否成为量子化学计算的主流。一方面，量子-超算组合的最终结果尚待验证；另一方面，现有的传统计算方法已经非常成熟且高效。

引入量子计算的愿景是模拟更庞大的分子或实现更快的计算速度，但赖厄认为，新方法的规模化扩展可能面临困难。

甘贝塔透露，IBM新一代Heron量子计算机已于2025年6月入驻RIKEN，其错误率低于旧型号。他预计硬件性能在未来还可以有所提升。

这一研究团队也在优化SQD算法，并改进Heron与“富岳”的协作方式，以提高整体效率。默茨将现状比作20世纪80年代的传统超级计算面临的场景：悬而未决的问题众多，但新技术的引入可能带来巨大的回报。

资料来源 New Scientist